Co obejmuje norma ISO 20816-21?

Norma ISO 20816-21 określa kryteria oceny drgań turbin wiatrowych lądowych i morskich. Obejmuje ona główne elementy układu napędowego: łożysko główne, przekładnię, generator oraz drgania szczytu wieży (gondolę). Dotyczy ona zarówno pomiarów prędkości, jak i przyspieszenia, w zależności od badanego elementu i zakresu częstotliwości.

Dlaczego do różnych komponentów stosuje się różne typy pomiarów?

Prędkość (mm/s RMS) jest używana do pomiarów przekładni, generatorów i szczytów wież, gdzie dominujące częstotliwości drgań mieszczą się w typowym zakresie 10–1000 Hz. Przyspieszenie (g RMS) jest używane do pomiaru łożysk głównych, gdzie sygnały uszkodzeń łożysk o niskiej prędkości i wysokiej częstotliwości są lepiej rejestrowane przez akcelerometry, szczególnie w przypadku wolno obracającego się wału głównego (zwykle 10–20 obr./min).

Jak klasa mocy turbiny wpływa na limity drgań?

Większe turbiny (>3 MW) zazwyczaj charakteryzują się niższymi prędkościami obrotowymi i większą elastycznością konstrukcji, co może wpływać na drgania. Granice stref w normie ISO 20816-21 są jednak zasadniczo spójne we wszystkich klasach mocy, ponieważ opierają się na wadze na poziomie komponentów, a nie na całkowitej wielkości turbiny. Kontekst klasy mocy ułatwia interpretację.

Czym są drgania szczytów wież i po co je monitorować?

Drgania szczytu wieży (gondola) odzwierciedlają ogólną reakcję konstrukcji turbiny wiatrowej na obciążenia aerodynamiczne, niewyważenie wirnika i siły układu napędowego. Nadmierne drgania szczytu wieży mogą wskazywać na masę wirnika lub niewyważenie aerodynamiczne, niewspółosiowość, problemy z fundamentem lub rezonans strukturalny. Zazwyczaj mierzy się je w mm/s RMS.

Co powinienem zrobić, jeśli drgania turbiny wiatrowej osiągną strefę C?

Strefa C oznacza, że dany element nie nadaje się do ciągłej, długotrwałej pracy. Działania obejmują: zbadanie przyczyny za pomocą danych CMS (systemu monitorowania stanu), analizę trendów SCADA pod kątem korelacji z prędkością i mocą wiatru, sprawdzenie uszkodzeń łożysk za pomocą analizy obwiedni, sprawdzenie oleju przekładniowego pod kątem obecności cząstek metalu, rozważenie wyłączenia turbiny do czasu zakończenia działań naprawczych oraz zaplanowanie konserwacji w najbliższym odpowiednim oknie pogodowym.

Bezpłatne narzędzie inżynierskie #026

Granice drgań — turbiny wiatrowe

Ocena intensywności drgań elementów turbiny wiatrowej zgodnie z normą ISO 20816-21. Obsługuje pomiary łożyska głównego, przekładni, generatora i szczytu wieży.

ISO 20816-21 Strefy A/B/C/D Turbiny wiatrowe

Komponent

Pomiar

Wartość mierzona (mm/s średnia kwadratowa)

Klasa mocy turbiny

Szybkie ustawienia wstępne

Wyniki

Strefa wibracji

—

Wartość mierzona

—

Zalecenie

—

ℹ️ Uwaga dotycząca komponentu:

Strefa	Granica	Opis

Zakres normy ISO 20816-21

Norma ISO 20816-21 określa kryteria oceny drgań dla turbin wiatrowych lądowych i morskich. Obejmuje ona główne elementy układu napędowego oraz konstrukcję wieży/gondolę, uwzględniając specyficzne warunki eksploatacji systemów energetyki wiatrowej.

Przekładnia — Prędkość (mm/s RMS)

Drgania przekładni mierzy się na obudowie łożyska za pomocą czujników prędkości. Wielostopniowa konstrukcja generuje złożone sygnatury drgań.

Granica strefy	Prędkość (mm/s RMS)
A/B	3.5
B/C	7.1
C/D	11.2

Generator — Prędkość (mm/s RMS)

Limity drgań generatora są niższe, ponieważ generatory są precyzyjnymi maszynami wirującymi o mniejszych tolerancjach.

Granica strefy	Prędkość (mm/s RMS)
A/B	2.8
B/C	5.6
C/D	9.0

Łożysko główne — Przyspieszenie (g RMS)

Łożysko główne pracuje z bardzo niską prędkością (10–20 obr./min). Pomiar przyspieszenia rejestruje sygnały o wysokiej częstotliwości informujące o uszkodzeniach łożyska, których nie wykryłyby czujniki prędkości.

Granica strefy	Przyspieszenie (g RMS)
A/B	0.5
B/C	1.0
C/D	2.0

Wierzchołek wieży (gondola) — Prędkość (mm/s RMS)

Drgania szczytu wieży odzwierciedlają ogólną reakcję konstrukcji na obciążenia aerodynamiczne i siły układu napędowego.

Granica strefy	Prędkość (mm/s RMS)
A/B	2.0
B/C	4.0
C/D	7.0

ℹ️ Uwaga: Wibracje turbiny wiatrowej są bardzo zmienne w zależności od warunków wietrznych. Pomiary należy przeprowadzać w stałych warunkach pracy (np. przy mocy znamionowej, określonych przedziałach prędkości wiatru), aby zapewnić wiarygodne porównanie. Systemy monitorowania stanu (CMS) zapewniają ciągłe śledzenie.

⚠️ Ważne: Awarie łożysk głównych należą do najkosztowniejszych napraw turbin wiatrowych. Wczesne wykrycie poprzez monitorowanie drgań (zwłaszcza przyspieszenia o wysokiej częstotliwości i analizę obwiedni) ma kluczowe znaczenie dla planowanej wymiany przed katastrofalną awarią.

Limity drgań turbin wiatrowych zgodnie z normą ISO 20816-21 | Vibromera